旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障診斷

1、振動(dòng)故障診斷振動(dòng)故障診斷這一名稱國外早在40多年前就已提出，但由于當(dāng)時(shí)測試技術(shù)和振動(dòng)故障特征知識的不足，所以這項(xiàng)技術(shù)在70年代前未有明顯發(fā)展。我國提出振動(dòng)故障診斷也有20多年的歷史，由于國內(nèi)機(jī)組振動(dòng)的特殊性，因而在振動(dòng)故障診斷方法，故障機(jī)理研究方面，具有獨(dú)特的見解，經(jīng)過40多年現(xiàn)場故障診斷的實(shí)踐，在機(jī)組振動(dòng)故障特征方面我們積累了豐富的知識，已扭轉(zhuǎn)了振動(dòng)故障原因難于查明的局面。故障診斷從目的來分，可分為在線診斷和離線診斷， 前者是對運(yùn)行狀態(tài)下的機(jī)組振動(dòng)故障原因作出粗線條的診斷，以便運(yùn)行人員作出糾正性操作，防止事故擴(kuò)大，因此診斷時(shí)間上要求很緊迫，目前采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，故又稱自動(dòng)診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是

2、專家經(jīng)驗(yàn)， 但是如何將分散的專家經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)化和條理化，變成計(jì)算機(jī)的語言，是目前國內(nèi)外許多專家正在研究的一個(gè)問題，因此不能將這種診斷系統(tǒng)誤解為能替代振動(dòng)專家，即使將來，也是振動(dòng)專家設(shè)計(jì)和制造診斷系統(tǒng)，為缺乏振動(dòng)知識和經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員服務(wù)， 而不是替代振動(dòng)專家的作用。離線診斷是為了消除振動(dòng)故障而進(jìn)行的診斷，這種診斷在時(shí)間要求上不那么緊迫，可以將振動(dòng)信號、數(shù)據(jù)拿出現(xiàn)場，進(jìn)行仔細(xì)地分析，討論或模擬試驗(yàn)，因此稱它為離線診斷。在故障診斷深入程度上要比在線診斷具體得多，因此難度大，本章要討論的是離線故障診斷技術(shù)。第一節(jié) 機(jī)組振動(dòng)故障診斷的思路和方法2.1.1直觀尋找振動(dòng)故障2.1.1.1振動(dòng)故障直觀可見性由于是

3、采用肉眼或一般的測量直觀去尋找，因此能找到的振動(dòng)故障必然是直觀可見的故障，例如軸承座松動(dòng)、臺板接觸不好、轉(zhuǎn)子上存在自由活動(dòng)部件等，對于直觀不能發(fā)現(xiàn)的故障，例如轉(zhuǎn)子不平衡，系統(tǒng)共振，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在熱彎曲等故障，即使多次尋找，也無法查明。2.1.1.2發(fā)現(xiàn)故障的偶然性即使對于直觀可見的故障，也不是通過12次解體檢查就能發(fā)現(xiàn)的，這是由于尋找本身帶有較大的盲目性，因此能發(fā)現(xiàn)故障往往帶有較大的偶然性，例如某廠一臺國產(chǎn)100MW機(jī)組，新機(jī)啟動(dòng)發(fā)生發(fā)生2、3瓦振動(dòng)大，經(jīng)兩次揭缸檢查，都未能找到故障原因，而且經(jīng)多次啟停觀察振動(dòng)，都不能解說其故障原因，正在一籌莫展之際，一個(gè)運(yùn)行人員無意間用聽棒在2、3瓦之間

4、聽到異音，再次揭缸才發(fā)現(xiàn)高壓轉(zhuǎn)子4公斤重的中心孔堵頭脫落掉在波形節(jié)聯(lián)軸器內(nèi)。2.1.1.3設(shè)備結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理的復(fù)雜性顯然對于結(jié)構(gòu)和故障機(jī)理簡單的回轉(zhuǎn)機(jī)械，例如風(fēng)機(jī)、水泵、一般電動(dòng)機(jī)等，采用解體直觀尋找振動(dòng)故障成功率較高，但是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是大型汽輪發(fā)電機(jī)組，不僅零部件大而多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且引起振動(dòng)的機(jī)理也很復(fù)雜，一次解體尋找振動(dòng)故障不可能對機(jī)組每一個(gè)部件都做仔細(xì)檢查，即使是直觀可見的振動(dòng)故障，在一次解體尋找中也未必能發(fā)現(xiàn)，因此直觀尋找在大機(jī)組上成功率往往是很低的。2.1.2振動(dòng)原因分析尋找2.1.3振動(dòng)故障診斷故障診斷與上述查明故障的方法最大區(qū)別是擺脫了振動(dòng)故障以眼見為實(shí)的局限性，它是采用

5、演繹推理的方法，以故障特征為基礎(chǔ)，與振動(dòng)特征進(jìn)行比較、分析，或采用逐個(gè)排除的方法，對振動(dòng)性質(zhì)、故障原因和具體部件作出判斷。2.1.3.1反向推理反向推理也稱目標(biāo)直接推理，它是依據(jù)振動(dòng)特征反推出振動(dòng)故障原因，因此稱它反向推理。在推理過程中只與單一的目標(biāo)有關(guān)，當(dāng)振動(dòng)特征與故障特征符合時(shí)，即可做出診斷。故障特征是指前人或個(gè)人在以往工作中經(jīng)歸納總結(jié)得到具體的、明確的故障所呈現(xiàn)的振動(dòng)現(xiàn)象和特點(diǎn)；振動(dòng)特征是指要診斷的機(jī)組振動(dòng)，經(jīng)調(diào)查、測試、分析后歸納得出的振動(dòng)現(xiàn)象和征兆。例如柔性轉(zhuǎn)子存在一階不平衡，在一階臨界轉(zhuǎn)速下軸承或轉(zhuǎn)軸振動(dòng)必然會(huì)呈現(xiàn)顯著峰值，則其故障特征是轉(zhuǎn)子一階不平衡，在一階臨界轉(zhuǎn)速下發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)

6、，則啟動(dòng)中一階臨界轉(zhuǎn)速下強(qiáng)烈振動(dòng)即為振動(dòng)特征，若采用反向推理，即可做出該機(jī)組一階臨界轉(zhuǎn)速下，強(qiáng)烈振動(dòng)故障原因是轉(zhuǎn)子存在一階不平衡的診斷。使用反向推理不需要了解故障范圍，而只要對有關(guān)的故障特征有所了解，即可進(jìn)行診斷，因此目前國內(nèi)這種診斷方法應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而且國內(nèi)外在線診斷目前主要也是采用這種推理方法。由于反向推理診斷故障容易掌握，所以目前已獲得廣泛應(yīng)用，但是在實(shí)際診斷振動(dòng)故障時(shí)往往會(huì)發(fā)生下列弊病。1.診斷結(jié)果不肯定機(jī)組絕大多數(shù)振動(dòng)故障特征有多方面的反映，不同的故障其特征存在著顯著的交叉，例如轉(zhuǎn)子不平衡過大，引起的是基頻振動(dòng)過大；同樣支撐動(dòng)剛度不足，軸系連接同心度、平直度偏差等故障，也是基頻振動(dòng)過

7、大，也就是說故障和特征之間不是一一對應(yīng)關(guān)系，而是多重交叉關(guān)系，而且一種故障在特征上有多方面的反映，就拿最簡單的振動(dòng)故障轉(zhuǎn)子不平衡來說，它可以在升速過程中發(fā)生振動(dòng)過大，但也有不大的，而只是在工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)大；有時(shí)則相反。從而依據(jù)振動(dòng)特征反推故障，必然會(huì)得出幾種不肯定的診斷結(jié)果，這就是目前一般都習(xí)慣采用的：可能是某種原因，或大概是某種原因。得出這種不肯定的診斷結(jié)果，從方法上來說是采用了反向推理的必然結(jié)果。但從主觀上來說，做出這種診斷是事先給自己留好退路，因此嚴(yán)格的說，這是一種不負(fù)責(zé)任的診斷。2.產(chǎn)生漏診斷和誤診斷由于故障和特征之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系，一種故障在特征上有多重反映，不同的故障特征相互交

8、叉等原因，在診斷的反向推理過程中，不僅可能會(huì)得出錯(cuò)誤的診斷，而且還會(huì)漏掉真正引起振動(dòng)的故障。出現(xiàn)漏診斷和誤診斷幾率雖然與本人對故障特征和振動(dòng)特征認(rèn)識廣度和深度直接有關(guān)，但從診斷方法來說這種現(xiàn)象是難于避免的。目前在實(shí)際振動(dòng)故障診斷中,為了避免漏診斷，往往采取不惜誤診斷的一種錯(cuò)誤做法，將一臺機(jī)組振動(dòng)說成是多種故障原因的綜合反映，為此對一臺機(jī)組振動(dòng)故障診斷往往提出4-5個(gè)或更多的可能原因，而且各個(gè)原因之間往往互不相干。但現(xiàn)場絕大部分實(shí)際機(jī)組振動(dòng)的故障原因是1-2個(gè)，而且這些故障原因是相互密切相關(guān)的。由現(xiàn)場消振經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)故障診斷準(zhǔn)確率為20-30時(shí)，雖然有一定的參考價(jià)值，但它的誤導(dǎo)作用影響太大，會(huì)對

9、消振帶來極為不利的影響。所謂故障診斷準(zhǔn)確率，是指實(shí)際故障與診斷故障的符合程度，例如實(shí)際故障是一個(gè)，診斷出三個(gè)可能原因，其中一個(gè)符合，則其準(zhǔn)確率為33%；又如實(shí)際故障是兩個(gè)，診斷出三個(gè)，但一個(gè)也不符合，其準(zhǔn)確率為零。 振動(dòng)故障診斷的實(shí)際價(jià)值是用來指導(dǎo)消振工作，因此故障診斷應(yīng)在消振之前作出，但目前在一些文獻(xiàn)中見到的振動(dòng)故障診斷，實(shí)際是在消振之后作出的，這種總結(jié)分析對于提高今后故障診斷的認(rèn)識是有必要的，但是對于消除這臺機(jī)組的振動(dòng)來說，已是多余的了。從這些資料統(tǒng)計(jì)來看，其診斷的準(zhǔn)確率大部分為30%左右，有些更低。如果拿當(dāng)時(shí)的原始診斷來說，其準(zhǔn)確率遠(yuǎn)低于30%。2.1.3.2 正向推理使用正向推理診斷故

10、障的前提，是振動(dòng)故障范圍必須明確，具體推理方法是在能夠引起機(jī)組振動(dòng)的全部原因（稱故障總目錄）中與實(shí)際機(jī)組存在的振動(dòng)特征、故障歷史、進(jìn)行搜索、比較、分析、采取逐個(gè)排除的方法剩下不能排除的故障即為診斷結(jié)果-某種故障不能排除。這一診斷結(jié)果包含兩層含義，一層是當(dāng)只有一個(gè)故障不能排除時(shí)，它是引起振動(dòng)故障的原因；另一層含義是當(dāng)還剩下兩個(gè)以上故障不能排除時(shí)，這些故障都是振動(dòng)的可能原因，需要進(jìn)一步做工作，排除其中無關(guān)的故障。顯然正向推理在排除和不能排除的故障比較中，也采用了反向推理，但是這種反向推理是在故障范圍明確的前提下采用排除方法，因此思維方式上要比反向推理得直接診斷故障起來嚴(yán)密的多，由此可以獲得很高的診

11、斷嚴(yán)密性和診斷的準(zhǔn)確率，基本上可以避免采用反向推理診斷故障所出現(xiàn)的陋診斷和誤診斷的結(jié)果，但是要取得較高的診斷準(zhǔn)確率和肯定的診斷結(jié)果，應(yīng)掌握以下要點(diǎn)。1.振動(dòng)故障范圍這是采正向推理的大前提，在數(shù)學(xué)上稱作邊界條件，應(yīng)明確，對機(jī)組振動(dòng)故障診斷來說，應(yīng)明確機(jī)組振動(dòng)到底存在哪些故障及其相應(yīng)特征，這顯然是一個(gè)非常復(fù)雜和涉及面很廣的問題，而且即使列全了機(jī)組振動(dòng)的所有故障及其特征，在實(shí)際診斷時(shí)如何查找和記住這些特征，也將十分困難，況且前人還沒有提供這些資料，所以在以往故障診斷中沒有采用正向推理的。經(jīng)現(xiàn)場40多年故障診斷的實(shí)踐、總結(jié)、歸納，目前已經(jīng)明確了機(jī)組振動(dòng)故障總目錄、分目錄及其相應(yīng)的故障特征，為使診斷方便

12、和實(shí)用，對于這些振動(dòng)故障分類方法也進(jìn)行較深入的研究。機(jī)組振動(dòng)故障總目錄、各類故障分目錄及其特征、分類方法，這是本章討論的主要內(nèi)容，為采用正向推理診斷故障奠定了基礎(chǔ)。2.分層次診斷在正向推理中采用分層次是能獲得嚴(yán)密和可靠診斷的一種有效思維方式。所謂分層次，具體是指先大范圍，后小范圍，再具體到某一種故障和某一個(gè)部件。大范圍故障劃分方法見本章第二、三兩節(jié)，小范圍和具體故障劃分方法見本章第四至十六節(jié)。在每一層次上診斷首先要明確這一層的故障范圍及其相應(yīng)的故障特征、機(jī)理，在對機(jī)組振動(dòng)特征已全面和深入了解的基礎(chǔ)上，做嚴(yán)密推理，才能獲得可靠和肯定的診斷。3.故障特征和故障機(jī)理直觀尋找和分析尋找振動(dòng)故障的基礎(chǔ)，

13、是眼見為實(shí)；推理診斷振動(dòng)故障的基礎(chǔ)是故障特征和故障機(jī)理，前者是直觀可見的，后者是抽象的。上述已經(jīng)指出，由于故障和特征之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系，不同的故障特征的相互交叉，造成反向推理診斷結(jié)果不肯定和誤診斷，克服這一缺點(diǎn)的有效措施，一是采用正向推理；二是明了故障機(jī)理，通過故障機(jī)理的分析，若不能解說故障特征多重性和相互的交叉現(xiàn)象及故障形成史，也可排除特征相似但實(shí)際與發(fā)生振動(dòng)無關(guān)的故障。若是同時(shí)存在兩個(gè)以上故障時(shí)，應(yīng)說明各個(gè)故障之間的相互關(guān)系，及各個(gè)故障在振動(dòng)中所占的相對量值，這樣才能保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，以及消振對策切實(shí)有效。為此本章在介紹各種故障特征的同時(shí)，還著重闡述了故障機(jī)理。4.振動(dòng)特征和振動(dòng)機(jī)

14、理如果說掌握故障特征和故障機(jī)理是獲得正確診斷結(jié)果的先決條件，那么正確獲取機(jī)組振動(dòng)特征和振動(dòng)機(jī)理，是獲取準(zhǔn)確必要條件，若采用正向推理，首先應(yīng)全面地獲取振動(dòng)特征及其歷史，查明振動(dòng)機(jī)理，只有這樣才能排除所有的無關(guān)故障，獲得肯定的診斷，本章將具體介紹如何盡快地、正確地獲取機(jī)組振動(dòng)特征的方法和經(jīng)驗(yàn)，這是采用正向推理的依據(jù)。在偏離振動(dòng)特征，或在不可靠的振動(dòng)特征基礎(chǔ)上所做的推理，只能是直觀想像憑空的推測，不能稱為故障診斷。正確具體的推理步驟的歸納，可參考本章第十七節(jié)診斷實(shí)例一至四。這里應(yīng)說明，在目前振動(dòng)故障診斷中，常常將某些與振動(dòng)特征不符的故障首先排除，這種排除法從形式上來說與正向推理中逐個(gè)排除故障的方法相

15、似，但它是在故障范圍沒有確定的前提下所做的推理，診斷的結(jié)果只能縮小懷疑面，而最終仍不能獲得肯定的診斷結(jié)果，因此仍屬反向推理范疇。2.1.4 目前振動(dòng)故障診斷準(zhǔn)確率低的原因我國振動(dòng)故障診斷早在1982年已提出，是各種故障診斷中最早提出的，至今雖然只有十多年的歷史，但在全國各地已得到了不同程度的普及。不過前面已經(jīng)指出，其故障診斷的準(zhǔn)確率還是很低的。下面進(jìn)一步討論目前故障診斷準(zhǔn)確率低的主要原因。2.1.4.1 注意力集中在直觀可見故障上機(jī)組一旦發(fā)生振動(dòng)，盡管還沒有開始尋找振動(dòng)故障，但往往將注意力集中到機(jī)組已發(fā)現(xiàn)的一些故障上，實(shí)際上這些可見故障有些與振動(dòng)有關(guān)，有些與振動(dòng)無關(guān)，而且引起振動(dòng)的真正故障原因

16、可能還未發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識到，因?yàn)橐鹫駝?dòng)的許多故障一般是十分隱蔽的、直觀是不能見到的，因此把診斷故障的注意力首先集中在機(jī)組已呈現(xiàn)的一些故障上，盡管對這些已見故障特征和機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象也進(jìn)行了對比分析，但嚴(yán)格地說這不能稱作故障診斷，而應(yīng)是分析尋找故障，其準(zhǔn)確率顯然不會(huì)高。2.1.4.2 習(xí)慣于反向推理早先由于對故障特征廣度和深度了解較少以及振動(dòng)故障范圍不明確，因此只能使用反向推理，在今天對于大多數(shù)初涉及故障診斷的人來說往往也是從反向推理開始，久而久之形成習(xí)慣，而且長期以來對于故障診斷方法本身沒有引起普遍的關(guān)注，因而加深了這種傳統(tǒng)做法的發(fā)展和延伸。上述已經(jīng)指出，反向推理不僅診斷結(jié)果不肯定，而且還存在誤診斷和

17、漏診斷的可能，怕漏診斷，又采用不怕誤診斷的錯(cuò)誤做法，這種診斷方法和做法直接決定了不可能獲得高的診斷準(zhǔn)確率。2.1.4.3 對掌握機(jī)組振動(dòng)故障范圍、故障特征和機(jī)理的重要性認(rèn)識不足目前振動(dòng)故障診斷準(zhǔn)確率不高，除受傳統(tǒng)影響和反向推理影響外，還有一個(gè)重要原因是對于掌握機(jī)組故障范圍、故障特征及機(jī)理的重要性未能引起充分的重視，所以當(dāng)遇到機(jī)組振動(dòng)時(shí)，主要憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣做法去處理，例如空負(fù)荷下發(fā)生振動(dòng)，首先想到的是機(jī)組中心、軸瓦工作及緊力；帶負(fù)荷后發(fā)生振動(dòng)，想到的是汽缸膨脹、軸系統(tǒng)熱態(tài)對中，但對于這些振動(dòng)的故障范圍、故障特征及機(jī)理，卻很少認(rèn)真研究，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因一方面是受傳統(tǒng)習(xí)慣的影響，另一方面是受不確

18、切的故障特征的誤導(dǎo)，例如一些教科書和文獻(xiàn)指出，存在2x（兩倍轉(zhuǎn)子工作頻率）振動(dòng)分量，是轉(zhuǎn)子不對中，在這里既沒有給出量值，也沒有指出在什么故障范圍內(nèi)、應(yīng)排除特征的影響下，不僅對一般工程師會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)得出錯(cuò)誤的診斷，而且對從事振動(dòng)專業(yè)工作多年的工程師，也會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)，給消振帶來嚴(yán)重不利的影響，詳見本章十七節(jié)， 診斷實(shí)例一、二。接受誤導(dǎo)的主觀原因，是對于故障診斷方法、機(jī)組振動(dòng)故障范圍、故障特征及機(jī)理了解不夠，因而對不確切的故障特征和經(jīng)驗(yàn)缺乏分辨能力。第二節(jié) 機(jī)組振動(dòng)分類第一節(jié)已經(jīng)指出，為了獲得較高的診斷準(zhǔn)確率，應(yīng)采用正向推理。使用正向推理必須明確振動(dòng)故障范圍，換句話說，采用正向推理診斷振動(dòng)故障首先應(yīng)明確

19、引起汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，到底有哪些故障原因，為了搞清這個(gè)問題，前人已經(jīng)做了較多的研究，并企圖列出更多、更全的振動(dòng)故障原因， 因此機(jī)組振動(dòng)故障劃分，從早期按零部件，例如軸承、轉(zhuǎn)子、汽缸、管道、基礎(chǔ)等部件振動(dòng)進(jìn)行劃分；發(fā)展到目前采用故障源，例如轉(zhuǎn)子不平衡、機(jī)組中心不正、軸瓦不穩(wěn)定、機(jī)械松動(dòng)、共振等故障來劃分；另外，也曾采用過振動(dòng)頻率來劃分。經(jīng)多年研究后發(fā)現(xiàn)，按這些方法劃分故障，根本無法列全機(jī)組振動(dòng)所有的故障， 一般只能列出常見的、主要的故障，但是即使列出了這些主要的故障，也會(huì)由于其特征的多重性和相互交叉，而無法進(jìn)行再分類，按這種分類診斷振動(dòng)故障，實(shí)際是在繁雜無章的許多故障中，以振動(dòng)特征去對照尋找相似

20、特征的故障，在這種情況下要獲得可靠的、正確的診斷， 顯然是十分困難的。 經(jīng)多年的研究和不斷的改進(jìn)，當(dāng)今彩的分類方法見表2-1。表2-1的機(jī)組振動(dòng)劃分方法，是首先將機(jī)組振動(dòng)按振動(dòng)性質(zhì)劃分為普通強(qiáng)迫振動(dòng)、電磁振動(dòng)、拍振、氣流激振、隨機(jī)振動(dòng)、軸瓦自激振動(dòng)、參數(shù)振動(dòng)、汽流激振、摩擦渦動(dòng)等共11類，然后按振動(dòng)類別將振動(dòng)故障原因再分類，這種分類方法有以下特點(diǎn)：1. 分類方法簡單而嚴(yán)密。一般只要通過振動(dòng)頻譜或不同頻率下振動(dòng)分量，即可對發(fā)生的振動(dòng)進(jìn)行分類，而且避免了以往分類法的各類故障嚴(yán)重的相互交叉，雖然表2-1中高次諧波共振、電磁激振、參數(shù)振動(dòng)，分諧波共振、軸瓦自激振動(dòng)、汽流激振的振頻率可能接近，但振動(dòng)性質(zhì)

21、不同，這些振動(dòng)的進(jìn)一步劃分， 可以按其他振動(dòng)特征區(qū)分，詳見本章第十二節(jié)。2. 表中所列的振動(dòng)包括目前國內(nèi)外在運(yùn)行機(jī)組上已發(fā)生的各種振動(dòng)。對于目前學(xué)術(shù)上討論的、但在實(shí)際機(jī)組上未見有發(fā)生的振動(dòng)，例如材料內(nèi)滯、轉(zhuǎn)子內(nèi)腔集液等引起的自激振動(dòng)沒有列入在內(nèi)。對國內(nèi)機(jī)組振動(dòng)而言，具有實(shí)際意義的是前九類振動(dòng)，因此可以說這種分類法列全了汽輪發(fā)電機(jī)組的各種振動(dòng)。3. 在診斷一開始即可采用正向推理，對發(fā)生的振動(dòng)進(jìn)行分類，再用正向推理按不同的振動(dòng)類別對引起振動(dòng)的具體故障做出診斷。后一部分的分類的方法，在分別討論各類振動(dòng)時(shí)，將具體介紹。4. 經(jīng)大量現(xiàn)場實(shí)踐證明，這種分類法不同類別的振動(dòng)， 其故障源不存在相互交叉，這一點(diǎn)

22、作為獲得肯定的診斷十分重要，由此延伸引起各類振動(dòng)激振力的故障也不存在交叉，這樣引用推理手段才能獲得可靠和肯定的診斷。5. 將一個(gè)長期認(rèn)為涉及多方面、復(fù)雜而難于搞清的機(jī)組振動(dòng)問題簡化為， 只要進(jìn)行簡單的振動(dòng)測量，再按表2-1分類，即可把振動(dòng)故障原因局限在較小的范圍內(nèi)，由此可以顯著地降低診斷的、查找振動(dòng)故障原因的工作量并縮短診斷時(shí)間。6. 這一種分類法的主要缺點(diǎn)，是普通強(qiáng)迫振動(dòng)劃分太粗，涉及的故障原因和范圍相當(dāng)廣，因此診斷難度較大，現(xiàn)場發(fā)生的振動(dòng)約有80以上是屬于這一類振動(dòng)，因此如何將這一類振動(dòng)細(xì)分，以便診斷，尚待進(jìn)一步研究。本章為敘述和實(shí)際診斷方便，將普通強(qiáng)迫振動(dòng)分為穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的兩類。凡是基

23、頻振幅、相位不隨運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行況變化而變化的稱穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振動(dòng)；相反，稱為不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。第三節(jié) 振幅與激振力和支承動(dòng)剛度的關(guān)系表2-1所列的11類振動(dòng)，如果就每一類振動(dòng)故障范圍而言，又可分為激振力和支承動(dòng)剛度兩個(gè)故障原因。因此當(dāng)振動(dòng)增大時(shí)，如何肯定和排除其中一個(gè)故障原因，是將發(fā)生的振動(dòng)分類之后進(jìn)行具體診斷需要做的第一步工作。激振力和支承動(dòng)剛，從直觀來看，這是一個(gè)甚為簡單的振動(dòng)常識，但在機(jī)組振動(dòng)故障診斷中卻經(jīng)過了一段較長的認(rèn)識過程，開始只從激振為的故障原因去尋找，但是引起振動(dòng)的許多激振力，例如轉(zhuǎn)子不平衡力、電磁激振力、轉(zhuǎn)子徑向剛性不對稱引起參數(shù)振動(dòng)中的慣性力、汽流沖擊力等，在運(yùn)行的機(jī)組上

24、始終是存在的，如何測定這些激振力、評定這些激振力容許標(biāo)準(zhǔn)及解決這些問題都遇到了困難，為此才注意到軸承座動(dòng)剛度。經(jīng)一段時(shí)間的研究，不僅查明了影響軸承座動(dòng)剛度的困素，而且找到了影響動(dòng)剛度的因素的檢測和診斷方法，由此才促使振動(dòng)故障診斷采用正向推理。下面詳細(xì)介紹激振力和支承動(dòng)剛度的關(guān)系及檢測、診斷方法。2.3.1 振幅與激振力和支承動(dòng)剛度的關(guān)系在線性系統(tǒng)中，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在部件上的激振力成正比，與它的動(dòng)剛度成反比，可用下式表示：A=/d式中A-振幅；P-激振力；d-部件動(dòng)剛度。d=C/部件靜剛度又稱剛度系數(shù)，它是表示部件產(chǎn)生單位位移（變形）所需的靜力；動(dòng)剛度是表示部件產(chǎn)生單位振幅（位移）所需的交

25、變力。由公式（2-2）可見：軸承座動(dòng)剛度與其靜剛度成正比，而與動(dòng)態(tài)放大系數(shù)成反比；當(dāng)=n時(shí)，若忽略系統(tǒng)阻尼，即= ，即使靜剛度很大，動(dòng)剛度d也為0。由公式（2-1）可見：在不大的激振力作用下，軸承將會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱作共振。共振又分為支撐系統(tǒng)共振和系統(tǒng)部件共振兩種，前者是激振力通過支撐系統(tǒng)輸入振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)支撐系統(tǒng)自振頻率與激振力頻率符合是而產(chǎn)生的一種共振，例如軸承某一方向自振頻率與激振力頻率相符的共振；后者是振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)某一部件自振動(dòng)頻率與激振力相符而產(chǎn)生的共振，例如轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、氣缸、大直徑管路、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)靜子某一方向子振動(dòng)頻率與激振力頻率相符。這兩種共振是軸承振動(dòng)增大的機(jī)理不同

26、，前者是由于支撐動(dòng)剛度降低，在激振力一定時(shí)，使振幅增大；后者是由于部件共振，使振動(dòng)慣性力增大并作用于軸承或基礎(chǔ)，這是在支撐動(dòng)剛度不變的情況下，由于激振力增大而使其振幅增大。在機(jī)組振動(dòng)中這兩種共振都會(huì)發(fā)生，本節(jié)主要討論的是前一種共振。2.3.2承座動(dòng)剛度檢測方法為了采用正向推理診斷振動(dòng)故障，在激振力和支撐動(dòng)剛度兩類故障中，首先應(yīng)肯定或排除其中一個(gè)。大量現(xiàn)場實(shí)踐證明，檢測軸承座動(dòng)剛度是一種簡單而有效的方法，通過進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)并由公式（2-2）可見，軸承座動(dòng)剛度除與靜剛度和共振放大因素有關(guān)外，還與動(dòng)態(tài)下其連接剛度直接有關(guān)，下面具體介紹影響動(dòng)剛度的三個(gè)因素的檢測和診斷方法。2.3.2.1連接剛度轉(zhuǎn)子的

27、支撐系統(tǒng)一般有軸承蓋、軸承座、基礎(chǔ)臺板、基礎(chǔ)橫梁等部件組合而成，這些部件連接的緊密程度，直接影響這部件剛度。部件之間連接緊密程度對剛度的影響，稱連接剛度。檢查部件連接緊密程度傳統(tǒng)的方法由檢查連接螺絲預(yù)緊力、連接部件之間的間隙等方法，但這些檢測方法不僅手續(xù)麻煩，而且不能檢測動(dòng)態(tài)下連接的緊密程度。通過總結(jié)大量現(xiàn)場振動(dòng)測試結(jié)果得到，采用檢測連接部件之間差別振動(dòng)，是檢查連接部件動(dòng)態(tài)下連接緊密程度簡單而有效的方法。所謂差別振動(dòng)，是指兩個(gè)相鄰的連接部件振幅的差值。差別振動(dòng)值本身已說明兩個(gè)相鄰的連接部件之間在動(dòng)態(tài)下產(chǎn)生了相對位移量，這種微小的位移將顯著地降低部件的動(dòng)剛度，但在靜態(tài)下連接部件之間并無間隙存在，

28、而且連接螺絲預(yù)緊力往往也正常。 對于一般的軸承座來說，在同一軸向位置（如圖2-1所示），測點(diǎn)上下標(biāo)高差在100mm以內(nèi)的兩個(gè)連接部件，在連接緊圍固的情況下，其差別振動(dòng)應(yīng)小于2m；滑動(dòng)面之間正常的差別振動(dòng)應(yīng)小于5m；對于發(fā)電機(jī)后軸承座與臺板之間有絕緣墊者，其差別振動(dòng)應(yīng)小于7m。當(dāng)兩個(gè)相鄰部件差別振動(dòng)明顯大于這些數(shù)值時(shí)，即可判定軸承座連接剛度不足。差別振動(dòng)愈大，故障愈為嚴(yán)重。在測量軸承各點(diǎn)振動(dòng)時(shí)，除測量垂直振幅和相位外，必要時(shí)對該點(diǎn)水平和軸向振動(dòng)也應(yīng)測量；在測量時(shí)若發(fā)現(xiàn)差別振動(dòng)異常，必須復(fù)測一遍；只有兩次測量結(jié)果基本一致，才能認(rèn)為數(shù)據(jù)可靠。 造成轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)連接部件之間差別振動(dòng)過大的主要原因有。1

29、. 連接螺絲松動(dòng)由于檢修或安裝時(shí)疏忽，軸承蓋、軸承座、基礎(chǔ)臺板等連接螺絲部分沒有擰緊或預(yù)緊力不夠。由連接部件之間差別振動(dòng)值，直接可以看出是哪一個(gè)連接螺絲沒有擰緊。2. 軸承座與臺板接觸不良由于軸承座或臺板的變形及修刮不良，發(fā)電機(jī)后軸承座與臺板之間的絕緣墊過多或太厚、不平整等原因，即使在各個(gè)連接螺絲都擰緊的情況下，仍不能達(dá)到要求的連接剛度，在動(dòng)態(tài)下仍存在顯著的差別振動(dòng)。3. 基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)接觸不良造成基礎(chǔ)臺板與基礎(chǔ)接觸不良的原因有：1. 二次灌漿質(zhì)量不高。其中包括未充實(shí)和水泥標(biāo)號較低。2. 基礎(chǔ)臺板墊鐵走動(dòng)。這種現(xiàn)象主要是由于二次灌漿質(zhì)量不好、臺板墊鐵間距過大、吃力不均、墊鐵之間及與臺板之間未焊

30、牢，在過大軸承振動(dòng)作用下，使墊鐵發(fā)生走動(dòng)。3. 基礎(chǔ)墊鐵過高。這種現(xiàn)象對軸承座垂直方向動(dòng)剛度影響不大，但顯著地降低了軸承座水平和軸向動(dòng)剛度，而且往往在較大軸向振動(dòng)作用下，使軸承座臺板二次灌漿松裂。其動(dòng)剛度進(jìn)一步降低，形成惡性循環(huán)。為此在安裝時(shí)臺板墊鐵高度不要超過80mm。4. 軸承座漏油。由于汽輪機(jī)油浸入二次灌漿，使其強(qiáng)度顯著降低，在振動(dòng)作用下不緊使二次灌漿松裂，而且使二次灌漿與臺板分離，振動(dòng)進(jìn)一步擴(kuò)大。5. 軸承座振動(dòng)過大。不論是垂直、水平和軸向振動(dòng)過大，都可以使基礎(chǔ)二次灌漿松裂，使軸承座振動(dòng)擴(kuò)大，二次灌漿松裂加劇。6. 基礎(chǔ)臺板墊鐵氧化。造成臺板和墊 鐵氧化的主要原因，是由于在嚴(yán)寒的冬季施

31、工時(shí)，為了防凍，在二次灌漿中加入過量的食鹽，機(jī)組運(yùn)行后二次灌漿中的氯化鈉與鐵氧化，首先生成Fe3O4 ,體積增大，使臺板和基礎(chǔ)分離，而后進(jìn)一步氧化成Fe2O3，在振動(dòng)作用下形成紅色粉末，造成臺板與基礎(chǔ)騰空，臺板與基礎(chǔ)之間的連接剛度顯著降低。2.3.2.2共振在共振轉(zhuǎn)速附近，部件振幅和轉(zhuǎn)速的關(guān)系，是由振動(dòng)系統(tǒng)阻尼和激振力決定的，座落在水泥基礎(chǔ)上的軸承座要比座落在鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的阻尼大得多，因此在同樣激振力作用下，前者振幅要比后者小得多，而且鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)振動(dòng)自由度比水泥基礎(chǔ)多得多，因此升速過程中帶有鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的機(jī)組，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)支承系統(tǒng)共振轉(zhuǎn)速，對水泥基礎(chǔ)的大多數(shù)機(jī)組來說，其支承系統(tǒng)自振頻率均高于轉(zhuǎn)

32、子工作頻率，因此在升速過程中會(huì)出現(xiàn)共振，這種支承系統(tǒng)的共振轉(zhuǎn)速，在一些資料和某些制造廠的說明書中，被稱作軸系臨界轉(zhuǎn)速，這是一種誤解，另外這種提法與軸系真正臨界轉(zhuǎn)速相混淆，不利于機(jī)組安全運(yùn)行。判斷轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)是否存在共振，有下列兩種方法。1. 轉(zhuǎn)速試驗(yàn)和降低其激振力當(dāng)改變轉(zhuǎn)速，軸承振幅無明顯變化時(shí)，即可排除共振的存在。如轉(zhuǎn)速升高，軸承振幅明顯升高，則有三種可能：一是支承系統(tǒng)存在共振；二是隨著轉(zhuǎn)速升高，作用在軸瓦上的激振力也隨之增大；三是周圍部件存在共振。對于后一種情況，通過對這些部件振動(dòng)進(jìn)一步測試，可判明振動(dòng)形式，如懷疑系統(tǒng)部件共振，且提高其自振頻率工作量不大，例如簡單加支撐，可首先采用避共振進(jìn)

33、行試驗(yàn)；若改變自振頻率有困難，則不論是由支撐系統(tǒng)存在共振還是轉(zhuǎn)速升高后激振力增大所致，首先應(yīng)從降低激振力力手。這是因?yàn)閷?shí)際機(jī)組即使判明存在共振，改變這些部件自振頻率避開共振，往往是困難的，最消振還得從降低激振力入手。由多臺組消振經(jīng)驗(yàn)證明，不論轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)存在共振，還是系統(tǒng)部件共振，例如汽缸、勵(lì)磁機(jī)靜子的共振，使軸承某一方向振動(dòng)過大，采用降低激振力的辦法后，這些共振部件和軸承的振幅，都達(dá)到了良好水平。2. 軸承頂部振幅和基礎(chǔ)振幅之比如軸承座座落在基礎(chǔ)上 ，產(chǎn)生共振時(shí)，不僅其振幅與轉(zhuǎn)速明顯有關(guān)，而且軸承座頂部振幅與基礎(chǔ)也很接近，甚至基礎(chǔ)振幅比軸承振幅還要大，因此國外有資料指出，軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振

34、幅之比小于1.5-2.0時(shí)，表明支承系統(tǒng)存在共振。從現(xiàn)場測試結(jié)果來看，若是支承系統(tǒng)存在明顯的共振，其比值應(yīng)接近于1。轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)還有一種共振形成，即軸承座座落在排汽缸上發(fā)生共振，在目前國內(nèi)投運(yùn)的大機(jī)組中為數(shù)不少，這種共振采用軸承頂部振幅與基礎(chǔ)振幅之比的方法還不能判斷。對這種支承系統(tǒng)可采用下列方法進(jìn)行判斷：i.ii. 轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。觀察軸承振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。判斷方法見前述。 轉(zhuǎn)軸相對振動(dòng)與軸承振動(dòng)之比。正常的機(jī)組轉(zhuǎn)軸相對振動(dòng)大于該方向的軸承振動(dòng)，其比值一般為2-3倍，或更高。當(dāng)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)存大共振或軸承動(dòng)剛度嚴(yán)重不足時(shí)，轉(zhuǎn)軸相對振動(dòng)與軸承振動(dòng)接近，甚至小于軸承振動(dòng)。iii.iv. 激振試驗(yàn)，直接測定

35、其動(dòng)剛度。 加重試驗(yàn)，測定其不平衡響應(yīng)。后兩種方法的具體步驟見2.3.2.3。2.3.2.3 結(jié)構(gòu)剛度軸承座的結(jié)構(gòu)剛度是由其外形、壁厚、材料和支承基礎(chǔ)的靜剛度決定的，若要對軸承座結(jié)構(gòu)剛度作出較確切的診斷；可采用下列方法：1.激振試驗(yàn)測定軸承座動(dòng)剛度的激振有兩種方法：一種是電磁激振；另一種是偏心激振。前者激振力一般較小，而且不易生根固定，因此在測定軸承座動(dòng)剛度中應(yīng)用較少。偏心激振是由直流電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)主動(dòng)偏心輪以及主動(dòng)輪同步旋轉(zhuǎn)的從動(dòng)偏心輪，調(diào)整兩個(gè)偏心輪相對嚙合位置，可以使它垂直或水平（橫向和軸向）單方向激振；改變偏心距和偏心質(zhì)量，在一定的轉(zhuǎn)速下即可改變激振力；改變轉(zhuǎn)速，即可改變激振力的頻率和激

36、振力大小。軸承動(dòng)剛度Kd由下式求得Kd=2P/AP=mr式中A-激振時(shí)測得該方向的軸承振幅（峰峰值）P-激振力；m-偏心質(zhì)量；r-偏心距； 2-偏心輪的圓頻率。軸承座正常的動(dòng)剛度值為1×10-3×10N/cm；對于座落在排汽缸上的軸承其垂直方向動(dòng)剛度一般明顯偏低，數(shù)值為0.5×10-1×10N/cm；當(dāng)支承系統(tǒng)存在共振時(shí)，在共振轉(zhuǎn)速下其動(dòng)剛度一般會(huì)降低一個(gè)數(shù)量級，如圖2-2曲線2。當(dāng)獲得軸承座動(dòng)剛度數(shù)值之后，即可對其動(dòng)剛度正常與否作出診斷。若動(dòng)剛度明顯偏低，在排除連接剛度不足和共振影響之后，即可斷定動(dòng)剛度不足是由結(jié)構(gòu)剛度不足引起的。2.加重試驗(yàn)檢測軸承座

37、動(dòng)剛度還有一種較簡單的方法，是在其附近的轉(zhuǎn)子上加重，測定其不平衡響應(yīng)值。加重平面應(yīng)靠近該并在轉(zhuǎn)軸剛度較大的部位加重，例如聯(lián)軸器上或轉(zhuǎn)子其他部位，以免與轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)過高相混淆。值的含義和計(jì)算方法，見第三章第三節(jié)。若在轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重，對于大機(jī)組來說，建議不要采用單側(cè)加重，因?yàn)檗D(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速已遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速。單側(cè)加重產(chǎn)生的主要是一階平衡，在工作轉(zhuǎn)速下這種不平衡的值很小，不能有效地反映軸承座動(dòng)剛度大小，建議加二階不平衡；對于汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子無法在轉(zhuǎn)主跨內(nèi)加二階不平衡時(shí)，除可在聯(lián)軸器上加重外，還可以在末級葉輪上加重。一般下常的機(jī)組在聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)子主跨內(nèi)加重的值，如表2-2所示。表2-2所以采用原半徑下

38、值，主要考慮使不同容量機(jī)組轉(zhuǎn)子重量與加重半徑相對應(yīng)，由現(xiàn)場測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)來看，當(dāng)軸承動(dòng)剛度和轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)正常時(shí)，不同容量的機(jī)組的值基本相近，由此可以近似采用相同標(biāo)準(zhǔn)衡量。采用上述方法加重求得的值，如比表2-2相應(yīng)數(shù)值明顯偏高，則可認(rèn)為軸承動(dòng)剛度偏低，在排除連接剛度不足和影響之后，雖然沒有取得動(dòng)剛度具體數(shù)值，但可以作出軸承座結(jié)構(gòu)剛度偏低的肯定診斷。2.3.3 現(xiàn)場實(shí)用的軸承座動(dòng)剛度診斷方法由上述診斷軸承座動(dòng)剛度的方法可知，若要對軸承座結(jié)構(gòu)剛度作出確切診斷，須做激振試驗(yàn)；但如果只需對其動(dòng)剛度和結(jié)構(gòu)度作出定性診斷，則可采用現(xiàn)場易行的在轉(zhuǎn)子上加重的試驗(yàn)。但由進(jìn)一步研究得出，現(xiàn)場運(yùn)行的機(jī)組無須對軸承座結(jié)

39、構(gòu)剛度進(jìn)行診斷，原因如下。2.3.3.1 與同型機(jī)組運(yùn)行狀況的比較若同型機(jī)組在其他電廠運(yùn)行時(shí)振動(dòng)普遍不大，說明該型機(jī)組軸承座動(dòng)剛度正常；若該型機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)普遍較大，從已做的工作中應(yīng)能查明這種形式機(jī)組振動(dòng)過大的原因和振動(dòng)性質(zhì)，若是普通強(qiáng)迫振動(dòng)，則要進(jìn)一步分析是轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)過高還是軸承座動(dòng)剛度偏低；若不是普通強(qiáng)迫振動(dòng)，則與軸承結(jié)構(gòu)剛度無關(guān)。2.3.3.2 直觀判斷由類似的機(jī)組或同等容量的機(jī)組結(jié)構(gòu)比較，可大致判斷該座在某一方向結(jié)構(gòu)剛度是否正常。 77772.3.3.3 運(yùn)行機(jī)組增大結(jié)構(gòu)剛度十分困難對軸承座結(jié)構(gòu)剛度低作出了明確的診斷，雖可以為機(jī)組今后改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，但從現(xiàn)場消振來說，增加其結(jié)構(gòu)剛

40、度是十分困難的，而只能從降低激振力入手，所以從現(xiàn)場實(shí)用診斷來說，無須進(jìn)一步查明軸承座結(jié)構(gòu)剛度?；谏鲜鋈c(diǎn)理由，在實(shí)際機(jī)組振動(dòng)故障診斷中，當(dāng)振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)，排除了連接剛度不足和共振影響之后，即可作出引起振動(dòng)故障原因是激振力過大的診斷。這種診斷雖不十分嚴(yán)密，卻有實(shí)用價(jià)值。通過進(jìn)一步研究證明，在診斷表2-1所列的11類振動(dòng)時(shí)，無須每一類都檢測軸承連接剛度，因?yàn)閷τ谝慌_振動(dòng)正常的機(jī)組，雖然可能存在這種或那種激振力，但是這些激振力中最大的是轉(zhuǎn)子不平衡力，而且總是作用在軸承座上。表2-1指出，它將激起普通強(qiáng)迫振動(dòng)，因此如軸瓦上呈現(xiàn)的普通強(qiáng)迫振動(dòng)分量不大則證明軸承座連接剛度、結(jié)構(gòu)剛度正常，也無法共

41、振存在，所以當(dāng)振動(dòng)過大時(shí)，從實(shí)用診斷來說，僅對普通強(qiáng)迫振動(dòng)才有必要檢測連接剛度和共振影響。而對其他10類振動(dòng)，只要關(guān)部件共振影響即可。因?yàn)檫@些部件有可能會(huì)產(chǎn)生非基頻共振，當(dāng)排除共振影響之后，即可作出引起振動(dòng)的故障原因是激振力過大的診斷。第四節(jié) 穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)振動(dòng)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)，而且其振幅與機(jī)組運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間無明顯關(guān)系時(shí)，排除了軸承座連接剛度、共振影響之后，采用正向推理診斷可以得出振動(dòng)故障原因是激振力過大，本節(jié)要介紹引起穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)激振力的故障原因。由表2-1可見，引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力有轉(zhuǎn)子不平衡、固定式聯(lián)軸器連接的軸系同心度和平直度偏差、軸頸不圓等三種，不對稱電磁力是隨機(jī)組運(yùn)

42、行工況而變的，因此它是不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力。下面介紹這三種激振力故障原因、產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理和診斷方法。2.4.1 轉(zhuǎn)子不平衡在現(xiàn)場發(fā)生的機(jī)組振動(dòng)過大，按其原因來分，屬于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的約占80；按激振力性質(zhì)來分，屬于轉(zhuǎn)子不平衡力的將達(dá)90左右。當(dāng)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速低于0.4-0.5倍轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，這種轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的激振力可用下列表示：A=mr/Kd式中 m,r-不平衡質(zhì)量，其質(zhì)心離回轉(zhuǎn)中心的距離（加重半徑）由公式可見當(dāng)忽略軸承座動(dòng)剛度Kd隨轉(zhuǎn)速改變的影響時(shí)，在一定的轉(zhuǎn)子不平衡量情況下，軸承拓幅A與轉(zhuǎn)速平方成正比，但這種關(guān)系僅對剛性轉(zhuǎn)子成立。目前運(yùn)行的6MW以上的汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子均屬

43、柔性轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速升高的過程中，其繞曲將發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，此時(shí)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的不平衡離心力已不是mr,而是不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的不平衡力和轉(zhuǎn)子繞曲產(chǎn)生的不平衡力之和。關(guān)于柔性轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)特性的進(jìn)一步討論，見第三章第四節(jié)。不過從這些討論中有以下兩點(diǎn)結(jié)論，可以作為轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷的依據(jù)。 2 2 21）根據(jù)波德曲線或振動(dòng)和轉(zhuǎn)速關(guān)系測量結(jié)果可得出，當(dāng)轉(zhuǎn)子在相應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)顯著振動(dòng)時(shí)，即可斷定該轉(zhuǎn)子存在顯著的相應(yīng)階不平衡。2）如果工作轉(zhuǎn)速下存在較大的基頻振動(dòng)，并已排除了軸承座動(dòng)剛度不足、固定式聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子不同心和平直度偏差過大、軸頸不圓等故障，那么就可以作出引起工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)過大

44、的原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。2.4.2 軸系同心度和平直度偏差目前機(jī)組采用的聯(lián)軸器可歸納為活動(dòng)式、半撓 性和固定式三種。就其產(chǎn)生振動(dòng)的特征來分、有活動(dòng)式和固定式兩種?；顒?dòng)式聯(lián)軸器由于存在磨損，目前運(yùn)行的機(jī)組，特別是容量機(jī)組已不再采用。這種聯(lián)軸器在傳遞扭矩不大時(shí)，能起一定的調(diào)節(jié)作用，在一定的轉(zhuǎn)子對中偏差情況下，不會(huì)產(chǎn)生明顯的激振力，但是當(dāng)對中偏差過大、傳遞扭矩改變時(shí)，將引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。這種振動(dòng)的診斷見本章第八節(jié)。下面討論固定式聯(lián)軸器中對中偏差產(chǎn)生振動(dòng)的故障原因及機(jī)理。 在國內(nèi)許多振動(dòng)資料中都提到機(jī)組中心不正這個(gè)名詞，國外稱作不對中，而且都是作為機(jī)組振動(dòng)故障主要原因列出的，因此現(xiàn)場機(jī)組一旦發(fā)

45、生振動(dòng)，傳統(tǒng)的做法是：一、查軸瓦烏金接觸；二、查軸瓦緊力；三、查機(jī)組中心，俗稱處理機(jī)組振動(dòng)的三斧頭。而且一般教科書指出，機(jī)組中心不正引起的振動(dòng)，其頻率與轉(zhuǎn)速相符合，按表2-1分類，屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)。上述已經(jīng)指出，現(xiàn)場發(fā)生的振動(dòng)80以上屬于這一類振動(dòng)，如果這種激振力和轉(zhuǎn)子不平衡力不能獲得有效的區(qū)分，將會(huì)造成現(xiàn)場絕大多數(shù)振動(dòng)故障不能獲得明確的診斷，因此很有必要對機(jī)組中心或不對中的真正含義及產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理作較深入的分析討論。機(jī)組中心確切的含義應(yīng)包括轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子的同心度、支承轉(zhuǎn)子各軸承座標(biāo)高及水平位置、軸系連接的同心度和平直度三項(xiàng)內(nèi)容，這些故障產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理及其特征如下。2.4.2.1 轉(zhuǎn)子與汽缸

46、或靜子的同心度檢查轉(zhuǎn)子與汽缸或靜子同心度，這是機(jī)組安裝、檢修中較熟悉的一項(xiàng)工作，如其偏差過大，則可能會(huì)引起汽流激振、電磁激振、動(dòng)靜碰磨。若碰磨發(fā)生在轉(zhuǎn)軸處，會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲而引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。這些振動(dòng)特征和診斷方法，見本章第九、十、十二、十六節(jié)。2.4.2.2 軸承座標(biāo)高和左右位置偏差在現(xiàn)場檢查轉(zhuǎn)子對中或找正，是將聯(lián)軸器斷開，檢測聯(lián)軸器圓周和端面開口偏差（上下、左右），目前將這種偏差稱作機(jī)組中心不正，而且不少資料和教科書將這種偏差誤認(rèn)為是造成機(jī)組振動(dòng)的主要故障，由于這種誤解使機(jī)組振動(dòng)故障診斷研究走了一段較長的彎路。后來不得不從故障機(jī)理研究，才查明了這種故障對振動(dòng)的影響。如果忽略聯(lián)軸器缺

47、陷（與軸頸不同心、兩個(gè)端面不平行、法蘭止口或螺栓節(jié)圓偏心），當(dāng)其圓周、端面開口存在顯著偏差時(shí)，擰緊聯(lián)軸器螺栓，雖然連接的軸系仍然同心和平直，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下并不直接產(chǎn)生振動(dòng)的激振力，但它會(huì)產(chǎn)生下列后果。1.改變軸瓦的載荷分配當(dāng)端面下開口時(shí)，會(huì)使聯(lián)軸器相鄰的兩個(gè)軸瓦載荷減少；圓周差會(huì)使圓周較低的相鄰軸瓦載荷減少；反之，則相反。當(dāng)軸瓦載荷過大時(shí)，會(huì)使烏金溫度升高；載荷過小時(shí)，會(huì)使軸瓦失穩(wěn)發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)，這種振動(dòng)特征和診斷方法見本章第十四節(jié)。2.改變動(dòng)靜間隙軸瓦載荷的改變，雖然不會(huì)明顯影響軸頸在軸瓦內(nèi)的位置，但會(huì)使轉(zhuǎn)子靜撓曲發(fā)生變化，從而原來調(diào)整好的汽封、油擋間隙發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生動(dòng)靜碰磨，使轉(zhuǎn)子

48、產(chǎn)生熱彎曲引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)，這種振動(dòng)的特征及診斷方法見第九、十節(jié)。3.改變轉(zhuǎn)子振型曲線由于軸瓦載荷改變，影響轉(zhuǎn)子支承狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子振型曲線發(fā)生變化，對于采用有限平面平衡的柔性轉(zhuǎn)子中，當(dāng)轉(zhuǎn)子振型曲線變化時(shí)，其平衡狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。由大量現(xiàn)場振動(dòng)測試結(jié)果證明，對于不平衡響應(yīng)正常的軸系，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開口差小于0.60mm時(shí)，對軸系平衡的影響可以忽略；對于不平衡響應(yīng)明顯偏高的軸系和轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開口偏差過大（小于0.5mm）時(shí)，會(huì)使軸系平衡狀態(tài)發(fā)生一定的變化。這時(shí)消振有兩個(gè)途徑：一是消除或調(diào)整轉(zhuǎn)子中心和端面開口偏差；二是調(diào)整軸系平衡。其中柔性轉(zhuǎn)子合理平衡是關(guān)鍵，因此后一種方法較前者更為簡

49、單有效。 降低軸系不平衡響應(yīng)對運(yùn)行機(jī)組而言是十分困難的。柔性轉(zhuǎn)子的合理平衡見第三章第四節(jié)，軸系不平衡響應(yīng)測試和判斷方法，見本章第五節(jié)2.5.34.轉(zhuǎn)軸承受預(yù)載荷所謂預(yù)載荷是指施加在轉(zhuǎn)軸上的一種徑向載荷（力），它又分外部和內(nèi)部預(yù)載荷。外部預(yù)載荷是指外部施加到轉(zhuǎn)子上的力，它主要是由聯(lián)軸器端面瓢偏、聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸不同心和轉(zhuǎn)子自重引起；內(nèi)部預(yù)載荷是指機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生的施加到轉(zhuǎn)子上的力，它主要由軸瓦油膜力、軸承座標(biāo)高變化、接觸密封引起的壓力不對稱、蒸汽作用力、傳動(dòng)齒輪對轉(zhuǎn)軸反作用力等。預(yù)載荷的直接影響是使轉(zhuǎn)軸承受額外的應(yīng)力，并使軸頸壓向軸瓦的一側(cè)，由此產(chǎn)生非線性壓束，激起兩倍頻振動(dòng)。如果轉(zhuǎn)軸徑的剛性不對稱，例

50、如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，會(huì)使兩倍頻率振動(dòng)更加顯著。 預(yù)載荷未必有害，有些因素引起的預(yù)載荷會(huì)使軸瓦趨于穩(wěn)定，例如消除軸瓦自激振動(dòng)，為了提高軸瓦穩(wěn)定性，有時(shí)將該瓦抬高，對該瓦施加一個(gè)預(yù)載荷。目前國內(nèi)絕大部分機(jī)組轉(zhuǎn)子找中心的要求，是以冷態(tài)為準(zhǔn)的，即在冷態(tài)下使聯(lián)軸器圓周和平面偏差力求最小。但事實(shí)上機(jī)組啟動(dòng)帶負(fù)荷后，由于各軸承座標(biāo)高和軸頸抬起，這兩種偏差將有較大的變化。據(jù)資料（5）介紹，采用連通器的原理，通過渦流傳感器測量水銀液面變化，在現(xiàn)場實(shí)測了兩臺320MW汽輪發(fā)電機(jī)組從冷態(tài)到帶負(fù)荷后各軸承座標(biāo)高的變化。試驗(yàn)指出，標(biāo)高變化最大的是汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的軸承座，數(shù)值達(dá)2-2.5mm。發(fā)電機(jī)后軸承座標(biāo)高變化只有0.30

51、mm。兩個(gè)相鄰的軸承座標(biāo)高變化最大的是2號和3號軸瓦，數(shù)值達(dá)1mm。從冷態(tài)到帶負(fù)荷運(yùn)行要經(jīng)兩個(gè)星期的時(shí)間，軸承座標(biāo)高變化才趨于穩(wěn)定。軸承座標(biāo)高變化最迅速的階段發(fā)生在啟動(dòng)循環(huán)水泵和開始向軸封送汽到機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行6-7d之后這一段時(shí)間內(nèi)，這段時(shí)間內(nèi)的標(biāo)高變化量占總變化量的80左右。當(dāng)然上述變化量只指軸承座本身標(biāo)高變化，還未包括各軸頸相對于軸瓦抬高值的變化。這是現(xiàn)場一般再熱機(jī)組啟動(dòng)和帶負(fù)荷后軸承座標(biāo)高值的情況。因此，國外已有不少機(jī)組為了能在運(yùn)行狀態(tài)下獲得較合理的軸承座標(biāo)高，采用了冷態(tài)下預(yù)留偏差量的方法給予補(bǔ)償。國內(nèi)在汽輪機(jī)高、中、低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子找正時(shí)，一般都不留偏差量，這顯然是不合理的。2.4

52、.2.3 聯(lián)軸器缺陷當(dāng)聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸不同心、聯(lián)軸器法蘭止口或螺栓孔節(jié)圓不同心、端面瓢偏，連接螺絲緊力明顯不對稱時(shí)，否認(rèn)圓周和端面如何正確，當(dāng)把連接螺栓擰緊后，都會(huì)使連接軸系不同心和不平直，還會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生預(yù)載荷，如圖2-3所示。軸系同心和平直度偏差在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，會(huì)直接產(chǎn)生振動(dòng)的激振力，其激振力主要分量是1x，還含有2x、3x等高階分量，因此在機(jī)組安裝時(shí)要求聯(lián)軸器法蘭外圓與軸頸的不同心和端面瓢偏均小于0.02mm。檢查聯(lián)軸器缺陷最直接和可靠的方法，是將聯(lián)軸器螺栓擰緊，撤掉3瓦下瓦，在3瓦軸頸上架百分表，檢查軸系同心度，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，不同心引起的晃擺值達(dá)合格；用鋼絲繩吊起4瓦，抽掉4瓦下瓦，在4瓦

53、軸頸水平方向架百分表，檢查軸系平直度，其不平直引起的引起的晃擺值A(chǔ)為<=0.10-0.15mm為合格。這里應(yīng)指出，目前國內(nèi)外不少有關(guān)診斷的文獻(xiàn)認(rèn)為：當(dāng)基頻振動(dòng)大，同時(shí)存在2x，3x等分量時(shí)，即是不對中。這種診斷與機(jī)組振動(dòng)實(shí)際故障出入很大，在這種誤導(dǎo)影響下，往往會(huì)使現(xiàn)場最常見的振動(dòng)診斷誤入歧途，并使消振工作走入困境。這種事例在現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生許多起，為此本章第十九節(jié)診斷實(shí)例舉了兩例，以此引以為戒，下面對其造成誤診斷的原因進(jìn)行分析。1.診斷不嚴(yán)密在機(jī)組上造成2x振動(dòng)分量的原因較多，例如電磁激振、轉(zhuǎn)子徑向剛性不對稱、高次諧波共振等。軸系同心度和平直度偏差只是其中較為次要的原因之一。在沒有排除其他故

54、障之前，就采用反向推理對其中一種故障作出診斷，顯然是不嚴(yán)密的。2.轉(zhuǎn)子不對中含義的誤解不對中或稱找正不好，目前各入理解差別甚大，而且一般理解其含義是指軸承座標(biāo)高差，因此消除不對中的措施是解開聯(lián)軸器復(fù)查轉(zhuǎn)子中心，調(diào)整軸承座標(biāo)高各左右位置。由大量消振經(jīng)驗(yàn)證明，這種偏差并不是引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)和2x振動(dòng)分量的故障原因。3.故障機(jī)理和振動(dòng)特征不符上述已經(jīng)指出，冷態(tài)和熱態(tài)軸承座標(biāo)高差呻別甚大，它與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷有著較好的相關(guān)性，但機(jī)組實(shí)際振動(dòng)特征是：除轉(zhuǎn)子存在熱不平衡外，現(xiàn)場大多數(shù)機(jī)組都 存大幅值不同的2x持動(dòng)分量，但與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷并沒有直接的關(guān)系。2.4.2.4軸頸橢圓度一般機(jī)組的軸頸在安裝和

55、檢修中都要經(jīng)嚴(yán)格檢查，其晃擺值（斷開聯(lián)軸器，揭掉上瓦）小于0.02mm，在這樣小的晃擺值下，加之油膜彈性緩沖，對振動(dòng)的影響并不大，所以在振動(dòng)故障診斷中，可以忽略這種激持力，但是當(dāng)軸頸某一段晃擺值大于0.04mm時(shí)，雖然對普通強(qiáng)迫振動(dòng)影響不大，但會(huì)引起軸瓦烏金疲勞損壞，詳見第五章第四節(jié)。綜合以上的分析，其診斷要點(diǎn)是：當(dāng)振動(dòng)屬于穩(wěn)定普通強(qiáng)迫持動(dòng)時(shí)，排除了軸承座連接剛度不足、共振影響、軸系連接同心度和平直度偏差過大故障之后，即可作出振動(dòng)故障原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。這是采用正向推理診斷振動(dòng)故障的第三步。第五節(jié) 不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)當(dāng)振動(dòng)屬普通強(qiáng)迫振，其振幅、相位與機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、工況明顯有關(guān)時(shí)，排除了軸承

56、座連接剛度、共振不穩(wěn)定因素之后，便可作出不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)故障是由激振力變化所致。引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)激振力故障的范圍較穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)要廣泛得多，而且產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理往往很復(fù)雜，不能直觀發(fā)現(xiàn)，有些不穩(wěn)定強(qiáng)迫振動(dòng)需要較長時(shí)間（1-2年）以至更長時(shí)間的觀察，才能掌握振動(dòng)的主要特征，因此這一類振動(dòng)是機(jī)組各類振動(dòng)故障診斷中難度最大的一種。診斷步驟雖然和穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)相同，但在具體方法上，更多地涉及機(jī)組振動(dòng)歷史、結(jié)構(gòu)、同型機(jī)組振動(dòng)特點(diǎn)以及振動(dòng)與機(jī)組運(yùn)行工況、時(shí)間的關(guān)系等，下面詳細(xì)介紹目前已掌握的引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)故障的范圍、分類方法、振動(dòng)機(jī)理、故障特征和消振方法。2.5.1 引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振

57、動(dòng)的激振力由表2-1指出，引起普通強(qiáng)迫振動(dòng)的激振力有兩種，除去軸頸不圓在穩(wěn)定的普通強(qiáng)迫振非常國已經(jīng)排除外，剩下三種激振力在不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)故障中的表現(xiàn)形式和振動(dòng)機(jī)理如下。2.5.1.1 軸系連接同心度和平直度偏差隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、工況的改變，軸系同心度和平直度改變的故障原因現(xiàn)已查明，是由于聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸配合緊力不足所致，這一故障機(jī)理是通過兒臺機(jī)組較長時(shí)間振振動(dòng)監(jiān)測和消振經(jīng)驗(yàn)總結(jié)才獲得。聯(lián)軸器在連接螺栓擰緊的情況下，不論兩半中的一半或兩半都與軸配合是否失去緊力，聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)軸上仍是兩端支撐，它不可能產(chǎn)生甩頭現(xiàn)象，因此它所產(chǎn)生的直接不平衡可以忽略。這里要作一些說明，因?yàn)橐话憬炭茣蛡鹘y(tǒng)概念認(rèn)為，套裝部

58、件緊力不足或轉(zhuǎn)軸上有活動(dòng)部件，會(huì)引起振動(dòng)不穩(wěn)定，通過下列簡單計(jì)算即可消除這種誤解。為了使問題明了，這里假設(shè)聯(lián)軸器重量為1t，在高速下聯(lián)軸器之間存在0.10mm間隙，即其質(zhì)量偏心為0.05mm,由此引起不平衡重徑積為50kg.mm，相當(dāng)于加重半徑0.35m處加重0.14kg，依據(jù)一般機(jī)組在聯(lián)軸器上加生影響系數(shù)估算，說一加重能產(chǎn)生的振動(dòng)小于5m，實(shí)際汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子除后幾級葉輪接近或超過1t外，其他部件均小于1t，因此套裝部件與軸配合失去緊力產(chǎn)生的直接不平衡可以忽略。機(jī)組在運(yùn)行中由于軸承座標(biāo)高和聯(lián)軸器傳遞扭矩的變化，以及轉(zhuǎn)軸振動(dòng)的作用，當(dāng)聯(lián)軸器與軸配合緊力不足時(shí)，在配合處會(huì)發(fā)生相對位移，由此而改變了軸系連接的同心度和平直度，從而激起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。這種故障診斷難點(diǎn)是其故障特征與轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定不平衡十分相似，因此必須細(xì)比較才能區(qū)分，詳見表2-3。2.5.1.2 不對稱電磁力正常的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁力在直徑方向是均衡的，因此它不會(huì)引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)；均衡的電